Evaluación del comportamiento sísmico e influencia de la ...
15
Gino Aldo Bossio Rodriguez Evaluación del comportamiento sísmico e influencia de la dirección del movimiento en módulos de adobe reforzado con geomalla Tesis (Bachelor) Technology
Transcript of Evaluación del comportamiento sísmico e influencia de la ...
Gino Aldo Bossio Rodriguez
Evaluación del comportamiento sísmico einfluencia de la dirección del movimientoen módulos de adobe reforzado congeomalla
Tesis (Bachelor)
Technology
Bibliographic information published by the German National Library:
The German National Library lists this publication in the National Bibliography;detailed bibliographic data are available on the Internet at http://dnb.dnb.de .
This book is copyright material and must not be copied, reproduced, transferred,distributed, leased, licensed or publicly performed or used in any way except asspecifically permitted in writing by the publishers, as allowed under the terms andconditions under which it was purchased or as strictly permitted by applicablecopyright law. Any unauthorized distribution or use of this text may be a directinfringement of the author s and publisher s rights and those responsible may beliable in law accordingly.
Imprint:
Copyright © 2011 GRIN Verlag, Open Publishing GmbHISBN: 978-3-656-01158-3
This book at GRIN:
http://www.grin.com/es/e-book/178909/evaluacion-del-comportamiento-sismico-e-influencia-de-la-direccion-del
Gino Aldo Bossio Rodriguez
Evaluación del comportamiento sísmico e influencia dela dirección del movimiento en módulos de adobereforzado con geomalla
GRIN Publishing
GRIN - Your knowledge has value
Since its foundation in 1998, GRIN has specialized in publishing academic texts bystudents, college teachers and other academics as e-book and printed book. Thewebsite www.grin.com is an ideal platform for presenting term papers, final papers,scientific essays, dissertations and specialist books.
Visit us on the internet:
http://www.grin.com/
http://www.facebook.com/grincom
http://www.twitter.com/grin_com
TESIS PUCP
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative CommonsReconocimiento-No comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú.
Para ver una copia de dicha licencia, visitehttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/pe/
PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL PERÚ
FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍA
EVALUACIÓN DEL COMPORTAMIENTO SÍSMICO E
INFLUENCIA DE LA DIRECCIÓN DEL MOVIMIENTO EN
MÓDULOS DE ADOBE REFORZADO CON GEOMALLA
Tesis para optar el Título de Ingeniero Civil, que presenta el
bachiller:
Stefano Edoardo Bossio Ibáñez
Lima, Agosto del 2010
Resumen
I
Resumen
La presente tesis de investigación tiene como objetivo principal comprobar el
comportamiento dinámico del sistema constructivo presentado en la cartilla
“Construcción de casas saludables y sismorresistentes de Adobe Reforzado con
geomallas” publicada por la Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP) y
cuyos autores: Julio Vargas Neumann, Daniel Torrealva y Marcial Blondet
impulsaron esta nueva tecnología que busca mejorar las viviendas de adobe e
incrementar su resistencia ante los sismos. Esta tecnología se puso en práctica en
la zona afectada por el terremoto del 15 de agosto del 2007 ocurrido en la costa sur
del Perú.
Se construyeron dos módulos idénticos de adobe reforzado con geomalla de 3,25m
x 3,25m a escala natural y fueron sometidos a ensayos dinámicos en la mesa
vibradora del Laboratorio de Estructuras de la PUCP. Uno de los módulos fue
sometido a un movimiento unidireccional, paralelo a dos de sus muros y el otro en
una dirección de 45° con respecto a sus cuatro muros. La geomalla utilizada como
refuerzo fue la Tensar BX4100 y se colocó externamente en los muros cubriendo el
100% del área de éstos. Se comparan los resultados de ambos ensayos con un
ensayo realizado previamente de un módulo de adobe no reforzado.
Además, se buscó evaluar la influencia en el comportamiento sísmico que existe al
cambiar la orientación del módulo en la mesa vibradora de un grado de libertad,
comparando los resultados de ambos ensayos.
Agradecimientos
IV
Agradecimientos
Un especial agradecimiento a mi asesor, Dr. Marcial Blondet, por el tiempo
dedicado al desarrollo de esta tesis y por sus invaluables consejos, tanto en el
ámbito académico como personal.
Agradezco a la Ing. Gladys Villa García y al Ing. Julio Vargas por el apoyo y la
confianza brindada en el desarrollo de esta investigación. Al personal del
Laboratorio de Estructuras por su ayuda y cooperación durante todo el proceso de
construcción y ensayo de los módulos.
Agradezco también al Rectorado de la PUCP, que financió los ensayos realizados
en esta investigación y sin el cual ésta no hubiera sido posible. A la empresa
Tecnología de Materiales S.A. y al Ing. Augusto Alza por su cooperación en el
proyecto y la donación de los rollos de geomalla.
Finalmente, agradezco a mis amigos quienes siempre me incentivaron a terminar la
tesis y a mi familia por su amor, comprensión y apoyo incondicional.
Índice
V
ÍNDICE
Resumen I
Agradecimientos IV
1. Introducción 1
1.1. Antecedentes 1
1.2. Cartilla de Construcción de Adobe Reforzado con Geomalla 2
1.3. Objetivos 4
1.4. Metodología 5
2. Características de los Materiales 6
2.1. Adobe 6
2.2. Geomalla 7
2.2.1. Reglamentación para el Uso de Geomalla en Construcciones de Adobe 9
2.2.2. Ensayo de Control ASTM D6637 10
3. Diseño y Construcción de los Módulos 13
3.1. Características Físicas y Geométricas del Módulo 13
3.2. Características del Refuerzo con Geomalla 17
3.3. Verificaciones del Módulo según la Norma E.080 Adobe 19
3.4. Procedimiento Constructivo 21
4. Diseño del Ensayo 27
4.1. Introducción 27
4.2. Características del Ensayo 27
4.2.1. Características de la Mesa Vibradora 27
4.2.2. Señal Sísmica y Fases del Ensayo 27
4.2.3. Instrumentación del Ensayo Unidireccional 32
4.2.4. Instrumentación del Ensayo a 45° 35
5. Identificación Dinámica y Detección de Daños 37
5.1. Métodos de Identificación Dinámica Utilizados 37
5.1.1. Determinación del Periodo Natural de Vibración 37
5.1.2. Determinación del Coeficiente de Amortiguamiento 39
5.2. Métodos de Detección de Daños Utilizados 40
5.3. Caracterización de Daños en Construcciones de Adobe 41
6. Módulo No Reforzado – Ensayo Unidireccional (M000) 44
VI
6.1. Introducción 44
6.2. Ensayo Dinámico 45
6.2.1. Fase 1 (Δ = 30mm) 45
6.2.2. Fase 2 (Δ = 80mm) 49
6.2.3. Fase 3 (Δ = 130mm) 53
6.2.4. Plano de Grietas en Muros 55
6.3. Interpretación de Resultados 56
6.3.1. Valores Máximos 56
6.3.2. Periodo Natural de Vibración y Coeficiente de Amortiguamiento 57
6.3.3. Cortante Basal vs. Desplazamiento Relativo 58
6.3.4. Envolvente Cortante Basal vs. Desplazamiento Relativo 62
7. Módulo Reforzado – Ensayo Unidireccional (M100-T4100) 63
7.1. Introducción 63
7.2. Ensayo Dinámico 64
7.2.1. Fase 1 (Δ = 30mm) 64
7.2.2. Fase 2 (Δ = 80mm) 67
7.2.3. Fase 3 (Δ = 130mm) 70
7.2.4. Plano de Fisuras del Tarrajeo 73
7.2.5. Plano de Daños de la Geomalla 75
7.2.6. Plano de Fisuras y Grietas de Muros 77
7.3. Interpretación de Resultados 79
7.3.1. Valores Máximos 79
7.3.2. Periodo Natural de Vibración y Coeficiente de Amortiguamiento 80
7.3.3. Cortante Basal vs. Desplazamiento Relativo 81
7.3.4. Envolvente Cortante Basal vs. Desplazamiento Relativo 84
8. Módulo Reforzado – Ensayo a 45° (M100-T4100D) 85
8.1 Introducción 85
8.2. Ensayo Dinámico 86
8.2.1. Fase 1 (Δ = 30mm) 86
8.2.2. Fase 2 (Δ = 80mm) 89
8.2.3. Fase 3 (Δ = 130mm) 92
8.2.4. Plano de Fisuras del Tarrajeo 95
8.2.5. Plano de Daños de la Geomalla 97
8.2.6. Plano de Fisuras y Grietas de Muros 99
8.3. Interpretación de Resultados 101
8.3.1. Valores Máximos 101
VII
8.3.2. Periodo Natural de Vibración y Coeficiente de Amortiguamiento 103
8.3.3. Cortante Basal vs. Desplazamiento Relativo 104
8.3.4. Envolvente Cortante Basal vs. Desplazamiento Relativo 107
9. Discusión de Resultados 108
9.1. Comportamiento Sísmico 108
9.2. Envolvente Cortante Basal vs. Desplazamiento Relativo 109
9.3. Periodo Natural de Vibración y Coeficiente de Amortiguamiento 112
9.4. Estimación y Variación de la Rigidez 114
10. Conclusiones y Recomendaciones Constructivas 116
10.1. Conclusiones 116
10.2. Recomendaciones Constructivas 117
Referencias y Bibliografía 122
Anexos
Anexo A Protocolo de Ensayo
Anexo B Planos de Arquitectura de los Módulos M100-T4100 y M100-T4100D
Anexo C Planos de Estructuras de los Módulos M100-T4100 y M100-T4100D
Anexo D Planos de Instrumentación del Módulo M100-T4100
Anexo E Planos de Instrumentación del Módulo M100-T4100D
Introducción
1
1. Introducción 1.1. Antecedentes
El Perú es un país altamente sísmico por encontrarse en el denominado Círculo de
Fuego del Pacífico – región que bordea el Océano Pacífico y que es escenario del
75% de la sismicidad del planeta – ya que muy cerca de sus costas se encuentra la
colisión de la placa continental de Nazca y la placa Sudamericana, creando una
presión tectónica que eventualmente libera energía manifestándose en sismos de
diversa magnitud.
Figura 1.1 Sección transversal de las placas Nazca y Sudamericana (Fuente: INDECI, 2009)
El uso del adobe como material de construcción es muy común en zonas rurales del
país por ser asequible y de bajo costo, sin embargo, es un material muy vulnerable
a los terremotos. A raíz del terremoto de Ancash del 31 de Mayo de 1970, el cual
ocasionó la muerte de casi 70 000 personas y la destrucción de una gran cantidad
de edificaciones de adobe, se inició formalmente las investigaciones sistemáticas
sobre el adobe.
Recientemente, en el año 2007, se realizó el Censo Nacional llevado a cabo por el
Instituto Nacional de Estadística e Informática (INEI) que mostró que el 34.8% de
viviendas en el Perú (2 229 715 viviendas) son de adobe o tapial. Más aún, en
zonas rurales este porcentaje se eleva a 68.5% (1 102 798 viviendas). Sin
embargo, si bien el porcentaje de viviendas de tierra con respecto al total de
viviendas ha venido disminuyendo en el Perú en los últimos años, el número global
de estas viviendas sigue aumentando. Es por estos motivos que la investigación en
el reforzamiento de viviendas de adobe sigue siendo de vital importancia y desde
sus inicios, en la PUCP específicamente, se han propuesto diferentes soluciones
Introducción
2
como son el uso de malla interna de caña y malla electrosoldada como material de
refuerzo.
1.2. Cartilla de Construcción de Adobe Reforzado con Geomalla
A partir del año 2005 se empezaron a desarrollar nuevas investigaciones dirigidas
por los profesores de Ingeniería Civil: Daniel Torrealva, Marcial Blondet y Julio
Vargas que se orientaban a buscar nuevas propuestas de refuerzo sísmico de
edificaciones de adobe con materiales que puedan ser producidos en grandes
cantidades. Uno de los materiales utilizados como refuerzo fue la geomalla y se
empezó a desarrollar con este material un procedimiento de construcción de
viviendas sismorresistentes.
A raíz del sismo de 8.0 Mw (USGS) del 15 de Agosto de 2007 y cuyo epicentro se
ubicó frente a la ciudad de Pisco, los departamentos de Lima, Ica y Huancavelica se
vieron seriamente afectados. Un total de 596 personas fallecieron, 1 292 personas
resultaron heridas de gravedad y cerca de 90 000 edificaciones, en su gran mayoría
de adobe, fueron destruidas o declaradas inhabitables (INDECI, 2009).
Figura 1.2. Vivienda de adobe y quincha afectada por el sismo de Pisco (Fuente: EEFIT, 2008)
Figura 1.3. Colapso parcial de una vivienda de adobe
tras el sismo de Pisco (Fuente: Hulburd, 2008)
El Rectorado de la PUCP encomendó a los mencionados profesores la elaboración
y presentación de una propuesta de construcción para los damnificados de dicho
desastre. En Diciembre de 2007 se publicó la cartilla titulada “Construcción de
Casas Saludables y Sismorresistentes de Adobe Reforzado con Geomallas” en dos
versiones, una para zonas de la costa y otra para la sierra. Esta cartilla está
orientada de forma gráfica y didáctica que permite capacitar principalmente a las
Introducción
3
personas afectadas por el sismo y sin que éstas requieran de un conocimiento
técnico previo en construcción.
En la cartilla se presenta la construcción de una vivienda de aproximadamente 50
m2 en planta y cuatro ambientes de adobe reforzado con geomalla. La cartilla
incluye también las instrucciones para construir una cocina mejorada y una letrina
de hoyo seco ventilado ubicada en la parte exterior de la vivienda.
En Marzo de 2008 esta tecnología se reglamentó oficialmente con la publicación del
anexo Nº1 “Refuerzo de Geomalla en Edificaciones de Adobe” de la Norma E.080
Adobe, en el cual se detalla el uso de este material como refuerzo de
construcciones en adobe.
(a) Vivienda de adobe
(b) Fijación de Geomalla
Figura 1.4. Ilustraciones de la Cartilla de Construcción (Fuente: Vargas et al, 2007)
A partir de entonces, esta tecnología fue aplicada en la zona del desastre a través
de proyectos de capacitación masiva y construcción realizados por la Dirección
Académica de Responsabilidad Social (DARS), que lideró en la PUCP las acciones
para la reconstrucción de la zona afectada por el sismo del 15 de Agosto de 2007.
A su vez, esta tecnología fue aplicada y diseminada en las zonas afectadas por
otras instituciones como la Cruz Roja, CARE PERÚ, GTZ, Cáritas del Perú, entre
otras.
